交通隧道排煙風(fēng)機的供電及控制設(shè)計方案

劉 莉

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

0 引言

近年來隨著市政道路建設(shè)的迅速發(fā)展，交通隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)要求日益提高，隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)是保障隧道安全運營及火災(zāi)事故時防排煙的重要設(shè)施，通風(fēng)系統(tǒng)的控制的可靠性對隧道安全運行維護有較大的影響，需要引起設(shè)計人員的關(guān)注。

1 隧道排煙風(fēng)機的負(fù)荷等級

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016—2014（2018年版）（以下簡稱：建規(guī)），一、二類隧道的消防用電按一級負(fù)荷設(shè)計，三類隧道的消防用電按二級負(fù)荷設(shè)計，交通隧道（以下簡稱：隧道）機械排煙系統(tǒng)可與通風(fēng)系統(tǒng)合用[5]。合用時風(fēng)機用電應(yīng)按消防用電設(shè)計，一、二類隧道排煙風(fēng)機為一級負(fù)荷，應(yīng)由雙重電源供電，三類隧道排煙風(fēng)機為二級負(fù)荷，宜由兩回路電源線路供電。

2 隧道排煙風(fēng)機的供電方案

2.1 負(fù)荷等級劃分及供電要求

當(dāng)用電負(fù)荷容量較大或用電負(fù)荷較重要時，宜采用放射式配電，因此隧道排煙風(fēng)機電源應(yīng)采用放射式供電。對于風(fēng)機負(fù)載來說，低壓經(jīng)濟供電半徑不宜大于600 m，風(fēng)機端子處電壓偏差為±5%的額定電壓，應(yīng)根據(jù)變電所設(shè)置位置確定隧道排煙風(fēng)機供電電纜的引入位置。小容量排煙風(fēng)機采用直接啟動，大容量排煙風(fēng)機采用軟啟動，但是排煙風(fēng)機不得采用變頻啟動。便于檢修和維護，在每組排煙風(fēng)機處設(shè)置1臺雙電源配電箱自動切換供電。

2.2 電纜選擇

排煙風(fēng)機是隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時需要持續(xù)運行的設(shè)備，從變電所至就地雙電源配電箱的供電電纜應(yīng)選用低煙、無鹵阻燃耐火電纜或柔性礦物絕緣電纜；就地雙電源配電箱至排煙風(fēng)機的供電電纜應(yīng)采用低煙、無鹵阻燃耐火電纜或柔性礦物絕緣電纜[5]。

2.3 電纜敷設(shè)

變電所至就地雙電源配電箱的供電電纜，與其他供電線路在隧道內(nèi)共用同一電纜溝敷設(shè)，此時應(yīng)采用柔性礦物絕緣電纜；若沿隧道側(cè)壁敷設(shè)，明敷可采用柔性礦物絕緣電纜，也可采用低煙、無鹵阻燃耐火電纜穿防火金屬導(dǎo)管或金屬槽盒敷設(shè)。

就地雙電源配電箱至排煙風(fēng)機的供電電纜選用低煙、無鹵阻燃耐火電纜時，應(yīng)穿金屬導(dǎo)管沿隧道側(cè)壁敷設(shè)至設(shè)備處，選用柔性礦物絕緣電纜時，可沿隧道側(cè)壁明敷至設(shè)備處。

3 隧道排煙風(fēng)機的控制模式

根據(jù)規(guī)范，機械排煙系統(tǒng)與隧道通風(fēng)系統(tǒng)合用時，通風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)符合在火災(zāi)時機械排煙系統(tǒng)的要求。因此隧道排煙風(fēng)機控制模式分為2種，隧道機械排煙系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)合用的控制模式，和僅用作隧道機械排煙系統(tǒng)的控制模式。

不論在何種控制模式下，每臺風(fēng)機啟動時間間隔不小于30 s。

4 隧道機械排煙系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)合用的控制模式

4.1 系統(tǒng)概述

隧道機械排煙與通風(fēng)合用的系統(tǒng)，由隧道監(jiān)控中心通風(fēng)控制計算機、消控室火災(zāi)報警控制器、隧道區(qū)域控制器（PLC）、就地風(fēng)機控制柜、能見度檢測器、一氧化碳檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器及電纜附件等組成。

隧道機械排煙系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)合用風(fēng)機的控制模式分正常運營、交通阻滯和火災(zāi)3種工況[2]。

4.2 正常運營工況的風(fēng)機控制模式

在正常運營工況下，通風(fēng)系統(tǒng)為隧道內(nèi)提供足夠的新風(fēng)量，稀釋隧道內(nèi)行駛車輛排放的廢氣，稀釋煙霧，為乘用人員和維護人員提供合理的通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，為行車安全提供良好的環(huán)境。

4.2.1 風(fēng)機的控制

風(fēng)機控制具有手動控制和自動控制2種方式，平時工作以自動控制為主，按預(yù)先設(shè)定的程序運行，異常或檢修情況下可切換至手動控制，其中手動控制分為就地手動控制和隧道管理中心遠程手動控制，其中就地手動控制級優(yōu)先。

4.2.2 就地手動控制

就地風(fēng)機控制柜安裝在每組風(fēng)機附近的設(shè)備洞室內(nèi)，對風(fēng)機進行手動控制，并顯示風(fēng)機運行的各種狀態(tài)，柜體防護等級IP65。

風(fēng)機控制柜面板上設(shè)置了轉(zhuǎn)換開關(guān)、控制按鈕及狀態(tài)指示燈，轉(zhuǎn)換開關(guān)有自動、停止和手動3種選擇模式，當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“停止”檔位時，風(fēng)機電源切斷，不能開啟風(fēng)機；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“自動”檔位時，由隧道區(qū)域控制器或者隧道管理中心通風(fēng)工作站控制風(fēng)機運行狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“手動”檔位時，由風(fēng)機控制柜的柜門面板上的按鈕對風(fēng)機進行啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。同時，風(fēng)機的運行狀態(tài)通過面板上的指示燈顯示其啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或故障狀態(tài)。這些狀態(tài)同步上傳至隧道區(qū)域控制器，并在隧道管理中心通風(fēng)工作站上進行顯示。

4.2.3 隧道管理中心遠程手動控制

管理中心遠程手動控制分人工控制和人機交互控制2種控制模式。1） 人工控制模式管理者根據(jù)隧道運營的實際情況，手工修改控制方案，通風(fēng)工作站發(fā)出指令控制現(xiàn)場風(fēng)機運行狀態(tài)。2） 人機交互控制模式即半自動控制，通風(fēng)計算機通過采集的數(shù)據(jù)，運算后給出控制方案提示，經(jīng)人工確認(rèn)，由通風(fēng)工作站給出控制指令執(zhí)行。

4.2.4 自動控制

隧道區(qū)域控制器采集分布在隧道內(nèi)各點的能見度檢測器、一氧化碳檢測器、風(fēng)速風(fēng)向檢測器的數(shù)據(jù)，每臺區(qū)域控制器，控制其就近的風(fēng)機聯(lián)動設(shè)備按程序運行，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至隧道管理中心通風(fēng)工作站。區(qū)域控制器設(shè)有CPU，具備記錄風(fēng)機數(shù)據(jù)、自診斷故障等功能，在通信傳輸故障時，可根據(jù)其內(nèi)部設(shè)定的控制方案，實現(xiàn)隧道區(qū)域控制功能，隧道控制中心工作站的控制級優(yōu)先。

一氧化碳濃度、煙霧濃度、風(fēng)速、風(fēng)機運行狀態(tài)，均在隧道管理中心通風(fēng)工作站監(jiān)控畫面中顯示，管理者可在隧道管理中心內(nèi)實時監(jiān)控。

檢測器預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

表1 一氧化碳濃度設(shè)計濃度

適用于縱向通風(fēng)，采用全橫向或半橫向通風(fēng)方式時，CO設(shè)計濃度可比表中規(guī)定值降低50 ppm。采用熒光燈源時，煙霧設(shè)計濃度應(yīng)提高一級。

隧道內(nèi)換氣風(fēng)速：不低于2.5 m/s[6]。

如果采集的檢測數(shù)據(jù)低于規(guī)范要求，則繼續(xù)檢測，當(dāng)一氧化碳濃度、煙霧濃度大于規(guī)范要求，或風(fēng)速低于規(guī)范要求，則通過設(shè)定程序計算需要的風(fēng)量，輸出信號，控制風(fēng)機開啟的數(shù)量，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)隧道內(nèi)風(fēng)量，以達到環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)[1]。

也可以按時間段，例如上下班的行車高峰時間段、節(jié)假日行車高峰時間段、平時常規(guī)時間段等，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)指標(biāo)進行比對，仍由隧道本地控制器自動控制風(fēng)機開啟的數(shù)量。

4.3 阻滯交通時的風(fēng)機控制模式

隧道出入口設(shè)有車輛檢測器，通過實時準(zhǔn)確地獲取各車道交通運行參數(shù)（車速、流量和占有率等），經(jīng)區(qū)域控制器通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳送至交通監(jiān)控計算機，分析并計算出車輛排放量。

當(dāng)隧道內(nèi)出現(xiàn)交通阻滯時，交通監(jiān)控系統(tǒng)檢測到的交通流量參數(shù)偏離正常流量，交通監(jiān)控工作站則向通風(fēng)工作站送來交通信息，控制風(fēng)機開啟的數(shù)量。

4.4 火災(zāi)事故時的風(fēng)機控制模式

圖1 隧道機械排煙系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)合用的原理圖

正常運營工況如圖1所示，排煙風(fēng)機由隧道本地控制器自動控制，當(dāng)火災(zāi)事故發(fā)生，火災(zāi)報警工作站向通風(fēng)工作站發(fā)出程序指令，進入消防系統(tǒng)控制模式。風(fēng)機通過消防的多線輸入輸出模塊，由隧道管理中心的火災(zāi)報警控制器按設(shè)定程序，自動控制排煙風(fēng)機的啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，也可以由火災(zāi)報警控制器的聯(lián)動控制器直接手動控制風(fēng)機的啟動、停止。

5 僅用作隧道機械排煙系統(tǒng)的控制模式

5.1 系統(tǒng)概述

根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50116—2013（以下簡稱：火規(guī)），僅用作隧道機械排煙的系統(tǒng)，由隧道管理中心火災(zāi)報警控制器、排煙風(fēng)機、光纖光柵火災(zāi)探測器、火焰探測器、消防模塊箱、手動報警按鈕、火災(zāi)聲光報警器、就地風(fēng)機控制柜等設(shè)備及電纜附件等組成。

隧道內(nèi)火災(zāi)探測設(shè)備采用光纖光柵火災(zāi)探測器和火焰探測器的組合報警方式，隧道車行道頂部及電纜溝內(nèi)敷設(shè)光纖光柵探測器，隧道側(cè)壁安裝火焰探測器[3]。

火焰探測器的報警信號通過總線傳送至隧道管理中心的火災(zāi)報警控制器，光纖光柵火災(zāi)探測器的報警信號經(jīng)光纖傳送至隧道管理中心的光纖光柵報警主機，通過協(xié)議模塊轉(zhuǎn)換信號至火災(zāi)報警控制器，并在火災(zāi)報警工作站上顯示對應(yīng)火災(zāi)發(fā)生位置的報警信息，同時也可以經(jīng)隧道內(nèi)攝像機的圖像進行確認(rèn)火災(zāi)信息，控制排煙風(fēng)機運行狀態(tài)，如圖2所示。

圖2 隧道火災(zāi)自動報警系統(tǒng)通信示意圖

排煙風(fēng)機火災(zāi)情況下開啟，同樣設(shè)置就地風(fēng)機控制柜，設(shè)置原則同4.2.2，就地手動控制級優(yōu)先。火災(zāi)狀況由隧道管理中心火災(zāi)報警控制器控制，分為消防自動控制和消防手動控制2種控制方式。

5.2 消防自動控制

隧道火災(zāi)發(fā)生后，隧道監(jiān)控中心火災(zāi)報警控制器接收到火災(zāi)信息，傳遞信號給隧道管理中心中央管理系統(tǒng)，立即啟動救援聯(lián)動程序，關(guān)閉隧道，火災(zāi)報警控制器啟動滅火系統(tǒng)滅火，啟動排煙風(fēng)機控制隧道內(nèi)煙氣彌漫。

當(dāng)隧道內(nèi)同一防煙分區(qū)內(nèi)的火焰探測器和光纖光柵探測器，或1只火災(zāi)探測器與手動報警按鈕的報警信號，作為隧道排煙風(fēng)機的運行觸發(fā)信號，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生點設(shè)置的風(fēng)機運行方案進行控制[4]。

5.3 消防手動控制

由于隧道內(nèi)火災(zāi)報警系統(tǒng)存在誤報、漏報的情況，或起火地點定位不準(zhǔn)確的情況，因此通過隧道管理中心人工確認(rèn)火災(zāi)信息更加可靠，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生，火災(zāi)報警控制器接收火災(zāi)信息，并在火災(zāi)報警工作站上進行顯示，經(jīng)人工確認(rèn)后方才聯(lián)動，且在管理中心中心火災(zāi)報警控制器的消防聯(lián)動控制器上，可多線制手動直接控制排煙風(fēng)機的啟動、停止[4]。

6 結(jié)語

交通隧道排煙風(fēng)機可兼用于平時通風(fēng)時使用，其功能由隧道通風(fēng)專業(yè)定義，排煙風(fēng)機屬于消防負(fù)荷，其配電系統(tǒng)設(shè)計，需按照隧道的等級劃分來確定風(fēng)機的負(fù)荷等級，還應(yīng)注意根據(jù)低壓經(jīng)濟的供電半徑和風(fēng)機的位置來確定變電所的位置。

該文還論述了排煙風(fēng)機在純消防和消防與平時合用的情況下不同的控制方式，在自動控制、就地手動控制、遠程控制的基礎(chǔ)上還須滿足消防控制室遠程手動控制的要求，此時隧道管理中心的監(jiān)控大廳兼有消防控制室功能。有時隧道內(nèi)排煙風(fēng)機還須與防火閥、排煙口聯(lián)動，具體以通風(fēng)專業(yè)實際的系統(tǒng)設(shè)計為準(zhǔn)。電氣設(shè)計人應(yīng)了解不同功能下的排煙風(fēng)機的控制設(shè)計要點，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，將有更先進的方案為隧道排煙風(fēng)機的安全運行提供支持。